系列导读：本系列不讲流水账，只讲思路。AI 时代，思路大于实现——真正的难点在于"为什么这么分层、为什么这么调度、为什么这么算"，代码只是思路的载体。每一期围绕一个模块展开，说明逻辑架构与实现思路，关键代码片段作为佐证。

---

1. 项目是什么

这是一台轮腿式平衡小车，主控是英飞凌 Traveo II 系列 CYT4BB7 双核 Cortex-M7 单片机，搭配逐飞科技 CYT4B 核心板。

它的特别之处在于既有轮又有腿：

• 轮：左右两个轮毂电机，负责驱动与差速转向；
• 腿：每侧前、后两个舵机组成的四连杆机构，可以调整车身高度，甚至可以跳起来越障。

所以它不只是"会跑的平衡车"，而是一个能实现自平衡 + 自主巡航 + 跳跃越障 + 视觉循线的组合体。

轮腿车 = 轮式（速度/转向） × 腿式（姿态/越障）
       = 平衡控制算法 + 运动学逆解 + 路径规划 + 视觉感知

---

2. 硬件平台一览

模块	型号	作用
主控	CYT4BB7 (Traveo II, 双 M7)	全部算法与调度
IMU	逐飞 IMU660RC（6 轴）	姿态角 pitch/roll/yaw、角速度
摄像头	逐飞 MT9V03X（120×188）	视觉循线、跳跃触发识别
显示屏	IPS200（SPI）	菜单与调试信息
电机	轮毂电机 ×2（UART）	驱动与差速，带转速回读
舵机	四连杆腿部舵机 ×4（PWM）	腿部姿态控制
GPS	GNSS 模块（≥16 颗卫星有效）	全局定位、路径打点
无线	LoRa 遥控	手遥 / 路径录制

---

3. 整体软件架构

这是整个项目最值得讲的地方。代码被清晰地分成了 四层：

┌─────────────────────────────────────────────┐
│  中断层 isr.c  (1ms / 10ms 定时调度)         │
├─────────────────────────────────────────────┤
│  应用层 app/  (balance/ik/jump/path/vision) │
├─────────────────────────────────────────────┤
│  驱动层 drivers/ (imu/camera/motor/servo)    │
├─────────────────────────────────────────────┤
│  抽象层 hal/  (uart/pwm/spi/flash)          │
└─────────────────────────────────────────────┘

• 中断层：把实时性要求高的任务放进 1ms 定时中断里跑（平衡控制必须卡着节拍来）；
• 应用层：纯算法，不碰寄存器，只操作 CarState_t 结构体；
• 驱动层：封装逐飞库，向上暴露简洁接口（如 imu_driver_read()）；
• 抽象层：把寄存器操作包成 hal_uart_init() 这类通用函数。

这样分层的好处：算法和硬件解耦。想换摄像头、换电机，只改驱动层；想改平衡逻辑，只动 app 层。

---

4. 数据中枢 CarState_t：一辆车的"共享内存"

这是架构里最核心的设计——所有模块之间不直接互调函数传参，而是通过一个全局结构体 CarState_t 交换数据。

typedef struct {
    float pitch, roll, yaw;       /* IMU 姿态 */
    float gyro_y, gyro_z;         /* 角速度 */

    float target_speed;           /* 控制目标：速度 */
    float target_yaw;             /* 控制目标：偏航 */

    int left_motor_out;           /* 电机输出 */
    int right_motor_out;

    Pid_t pid_as, pid_pitch;      /* 各级 PID */
    Servo_t servo_l1, servo_r1;   /* 四个腿部舵机 */

    PathData_t path;              /* 路径数据 */
    PathRecord_t record;          /* 打点记录 */
    uint8_t run_flag, task_flag;  /* 运行/任务状态 */
    ...
} CarState_t;

设计思路：

1. 一个状态体，处处可见：main.c 里定义 CarState_t car，中断、算法、驱动全部读写它；
2. 天然是"控制环"的接口：传感器把数据写进去，算法从里面读目标、写输出，驱动从里面取输出下发；
3. 方便调试：所有中间量都在一个结构体里，屏显和串口打印想要什么直接取。

一句话：CarState_t 就是这辆车的"总线"。模块间只通过它说话，谁也不用知道谁存在。

---

5. 双线程式调度：主循环 vs 定时中断

这是全项目调度设计的关键。系统没有用 RTOS，而是靠 两个 1ms 中断 + 一个主循环 分工：

5.1 1ms 中断：控制实时部分

void pit0_ch0_isr(void) {
    pit_isr_flag_clear(PIT_CH0);
    if (car.imu_init_cnt >= 401) {   /* IMU 稳定后再开控 */
        /* 1. 更新里程/融合定位 */
        fusion_update(&car, ...);
        /* 2. 按 run_flag 执行对应控制 */
        if (car.run_flag == 1) {         /* 自主复现 */
            balance_update(&car);
            motor_driver_set_duty(...);
            servo_driver_control(...);   /* 腿部跟随 */
        }
        else if (car.run_flag == 2) {    /* 遥控模式 */
            ...
        }
    }
}

为什么放中断？平衡控制要求严格的 1ms 周期，中断天然满足定时精度，不依赖主循环忙闲。

5.2 另一个 1ms 中断：任务状态机

void pit0_ch2_isr(void) {
    pit_isr_flag_clear(PIT_CH2);
    if (car.run_flag == 1) {
        path_follow_update(&car);   /* 路径跟踪 → 设置目标速度/目标偏航 */
        if (car.task_flag == 1 && car.jump_flag == 1) {
            jump_manager(&car);     /* 跳跃状态机 */
        }
    }
}

设计意图：把"路径决策"和"实时平衡"分开。平衡环 1ms 一次，路径决策也 1ms 一次但逻辑上更"慢节奏"——它们互不阻塞，实时性都有保证。

5.3 10ms 中断：LoRa 遥控心跳

void pit0_ch1_isr(void) {
    pit_isr_flag_clear(PIT_CH1);
    lora_driver_tick(&car);   /* 遥控超时检测 */
}

遥控数据频率不需要 1ms，10ms 足够，还能省 CPU。

5.4 主循环：非实时任务

int main(void) {
    system_init(&car);
    while (1) {
        imu_driver_read(&car);              /* 读 IMU */
        path_record_gps_update(&car);       /* 收 GPS */
        if (camera_driver_frame_ready()) {  /* 处理一帧图像 */
            image_binarize(image_bin, raw, car.img_threshold);
            image_noise_filter(image_bin);
            track_detect_process(&car, image_bin);
        }
        if (car.run_flag != 1) {            /* 待机时显示菜单 */
            menu_process(&car);
            menu_display(&car);
        }
    }
}

主循环只做慢任务：图像处理（一帧 120×188 的遍历）、GPS 解析、菜单刷新。它们允许几百微秒级的抖动，放主循环最合适。

---

6. 调度哲学总结

实时性要求：  1ms平衡 > 1ms路径 > 10ms遥控 > 主循环图像
放在哪：      中断 1   →  中断 2  →  中断 3  →  main

这就是嵌入式控制里最常见的"分级调度"思想：

1. 越紧急、周期越严格的，越靠近中断；
2. 越耗时、越不紧急的，越往主循环沉；
3. 层与层之间用状态体通信，互不依赖。

这套思路其实通用性很强——任何"传感器采集 + 控制 + 人机交互"的小车/机器人项目都可以照搬这个骨架，换成 STM32、ESP32 只是换驱动层而已。

---

7. 下期预告

架构搭好了，接下来进入第一个核心算法：两轮自平衡的级联 PID 控制。

我们会讲清楚：为什么平衡要用"角速度环 + 俯仰角环 + 速度环"三环嵌套，而不是一个 PID 一把梭，以及横滚环、偏航环是怎么在平衡之上叠加的。

欢迎关注，持续连载中。